Semizentrale Ver- und Entsorgungssysteme für schnell wachsende urbane Räume

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1 Semizentrale Ver- und Entsorgungssysteme für schnell wachsende urbane Räume wassertage münster 2015 Wasser in der Stadt Lebensräume Risiken Entwicklungen 25. Februar 2015 Susanne Bieker, Peter Cornel, Martin Wagner, Johanna Tolksdorf TU Darmstadt, Fachgebiet Abwassertechnik, Institut

2 Schlussfolgerungen Die Städte der Zukunft sehen anders aus als die der Gegenwart und der Vergangenheit Wasserinfrastrukturen sind vielfältiger und flexibler und anpassungsfähig an sich verändernde Randbedingungen. 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 2

3 Herausforderung 1: Weltweites Bevölkerungswachstum United Nations 2012: World Population Prospects 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 3

4 Herausforderung 2: Urbanisierung 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 4

5 Herausforderung 2: Urbanisierung 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 5

6 Herausforderung 2: Urbanisierung 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 6

7 Herausforderung 2: Urbanisierung 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 7

8 Herausforderung 3: Dynamik der Veränderung Beispiel Shanghai: 67 C/h > 585,000 C/a Insgesamt liegt der Zuwachs in den Städten bei mehr als 1 Million Menschen pro Woche! The Speed of Urban Change (Burdett & Rode 2007, modified with Data United Nations 2011, World Urbanization Prospects ) 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 8

9 Stadtwachstum und Infrastruktur Bevölkerungszuwachs 67 C/h C/a Zus. Wasserbedarf (täglich!) 132 L/(C d) m³/d Zus. Abfallanfall (täglich!) 1 kg/(c d) 585 Mg/d 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 9

10 Investitionen in (Wasser)Infrastrukturen Wasserinfrastruktur-Investitionen Große zentrale Systeme (in urbanen Wachstumsräumen mehrere Millionen Einwohnerwerte) Hohe Investitionssummen Langfristige Investitionen (hohe Pfadabhängigkeiten) 30% der Investitionskosten für Behandlungseinheiten (Abschreibung: Jahre) 70% der Investitionskosten für die Netze (Abschreibung: Jahre) Hilfreich, wenn die Entwicklungsprognosen für die kommenden 3 bis 5 Jahrzehnte stimmen quantitativ wie auch in der räumlichen Verteilung 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 10

11 Herausforderung 4: Limitierte Ressourcen 1. Wasser 2. Energie Jialing/Chongqing 2006; Nährstoffe (P, N,..) Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 11

12 Wir müssen grundlegende Fragen beantworten Kann ein System, das vor mehr als 100 Jahren entwickelt wurde für eine Weltbevölkerung < 2 Milliarden Menschen die überwiegend in ländlichen Strukturen lebten mit den limitierten technischen Möglichkeiten des ausgehenden 19. Jahrhunderts die Lösung sein für eine Weltbevölkerung > 7 Milliarden Menschen die überwiegend in Städten leben bei zunehmend knapperen Ressourcen? Adapted from IWA-President Daigger, G.; Change in Paradigm: Waste to Resource, Weftec 10; New Orleans 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 12

13 Ressourcen-Effizienz erfordert neue Infrastrukturlösungen 1. Wasserwiederverwendung erfordert Dezentralisierung 2. Wärmerückgewinnung erfordert Dezentralisierung 3. Hohe Wasserqualitäten erfordern professionellen Betrieb besser semi zentral als dezentral 4. Energieautarkie erfordert Verknüpfung verschiedener Sektoren (Wasser, Abwasser und Abfall) 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 14

14 SEMIZENTRAL integrierte Behandlung auf Quartiersebene mitwachsend flexibel angepasst integriert (Wasser, Abwasser, Abfall, Energie) geschlossene Bauweise emissionsarm So klein wie möglich, so groß wie nötig 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 15

15 SEMIZENTRAL Stoffströme im semizentralen Resource Recovery Center 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 16

16 Das Knowing-Doing Gap 1 Das Problem ist nicht die Analyse, sondern die Umsetzung. Die Herausforderungen sind seit Jahrzehnten bekannt Donella & Dennis Meadows Limits to growth 1972 und 2002 Vielzählige (Wasser) Forschungsprogramme weltweit Cities of the Future, Future Megacities, Zukunftsstadt, Morgenstadt, Resource Recovery Cluster Intra-urban Water Reuse Water & Energy / Water, Energy and Climate Water, Energy, and Food Nexus / Water, Energy, Food and Health Nexus Warum schafft so viel Wissen keine Veränderung? The Knowing-Doing Gap, Jeffey Pfeffer and Robert I. Sutton, Havard Business School press, Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 17

17 Man findet immer Gründe, nichts zu verändern Technisch Zu viele Alternativen, mehr Erfahrung benötigt, es wird in der Zukunft sicher noch bessere Lösungen geben, Karriere Keine Auswirkungen auf hochwertige Veröffentlichungen, könnte nicht funktionieren, zeitaufwendig, Organisatorisch Nicht mein Aufgabengebiet, nicht mein Verantwortungsbereich, werde ich nicht für bezahlt, Kommunikation Interdisziplinäre Zusammenarbeit kann schwierig sein, lieber Kollegen beeindrucken anstatt etwas riskieren, Konkurrenz statt Kooperation,. The Knowing-Doing Gap, Jeffey Pfeffer and Robert I. Sutton, Havard Business School press, Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 18

18 Was getan werden muss, um Dinge zu verändern Sich selbst in die Verantwortung nehmen Sie selbst müssen anfangen. Sie müssen andere überzeugen. Sie müssen den Schritt der Kommunikation in der eigenen Community und zwischen anderen Communities gehen Politik kommunal, regional Architekten und Stadtplaner Banken und andere Finanzierungsinstitutionen Fachleute und Experten im technischen Bereich Akzeptieren Sie Fehler Fehler sind Teil jedes Lernprozesses 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 19

19 Von der Idee bis zur Implementierung Ideenentwicklung integrierter Infrastrukturen: Wasser, Abwasser, Abfall, Energie und Raumentwicklung Technische Forschung in Wasserwiederverwendung und Ressourcen aus Abfall Detailplanung einer spezifischen Case Study; Entfärbung gereinigten Abwassers Begleitforschung der weltweit ersten Implementierung (Standortsuche, Planungs- und Genehmigungsprozess, Detailplanung, Maschinenplanung und -installation, Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung) Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 20

20 Implementierung in Qingdao, V.R. China ShanDong Provinz Qingdao CorbisImages 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 21

21 Anwendungsfall Qingdao, V.R. China Wachsende Metropole an der Ostküste Chinas in der Shandong Provinz Die natürlichen Wasserressourcen sind limitiert (Grundwasserversalzung durch Meerwasserintrusion, starke Verschmutzung von Oberflächengewässern, Trockenfallen von Oberflächengewässern) Menge nicht ausreichend für höhere Bedarfe Der gegenwärtige Ansatz: Entsalzung Energiebedarf: 3-4 kwh/m³ WWV: <1 kwh/m³ CorbisImages 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 22

22 SEMIZENTRAL goes WHE Qingdao Implementierung im Rahmen der Weltgartenbauausstellung 2014 in Qingdao Einzugsgebiet 3 Hotels Unterkünfte für Angestellte Neue Wohnentwicklungsgebiete Bürogebäude rd Einwohner Quelle: Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 24

23 April 2014: Semizentrales Resource Recovery Center Qingdao Shiyuan 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 26

24 Impressionen des Einzugsgebietes 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 27

25 Semizentrales Resource Recovery Center (RRC) ein modularer Ansatz Technische Daten Grauwasser Modul Brauchwasser zur Toilettenspülung Aufbereitung mit MBR Schwarzwasser Modul Bewässerungswasser Aufbereitung mit MBR Speiserest-Aufbereitung Mechanische Vorbehandlung Energy-Center Anaerobe thermophile Faulung BHKW zur Eigen-Stromerzeugung 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 28

26 SEMIZENTRAL Resource Recovery Center Qingdao Vorteile des Systems Wasserseitig Wiederverwendungsraten zwischen 40 % (Grauwasserrecycling) und 100 % (Grau- und Schwarzwasserrecycling) Energieseitig Energieautarker Betrieb möglich Bei ausreichenden Speicherkapazitäten auch völlig unabhängig von externen Stromquellen möglich 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 29

27 SEMIZENTRAL Resource Recovery Center Qingdao Shiyuan Forschungsförderung in Deutschland durch das BMBF 14 Partner unter der Leitung des Fachgebietes Abwassertechnik, IWAR, TU Darmstadt Gesamt (deutsches) Forschungsvolumen: ca.. 7 Mio. für die Begleitforschung über 3,5 Jahre Sponsoring deutscher Industriepartner (wilo, Aerzen, Auma, Binder, Ott, LAR): Investment und Betrieb Chinesischer Investor Gesamtinvestitionsvolumen: ca. 7 Mio. Chinesischer Betreiber Unterstützung bei der Inbetriebnahme und der Betriebsoptimierung durch deutsches Konsortium 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 31

28 Merkmale SEMIZENTRAL 40% bis 100% Wasserrecycling durch Wasserwiederverwendung Toilettenspülung und weitere Nutzungszwecke (z.b. Bewässerung) Wärmerückgewinnung aus Grauwasser* (Dusche, Badewanne, Waschmaschine) Energie aus Klärschlamm und Bioabfall Überschuss an elektrischer Energie Zusätzlich Wärmeenergie Landwirtschaftliche Nutzung der nährstoffreichen stabilisierten und hygienisierten Reststoffe Flexibel mitwachsende Infrastruktur *Am Standort Qingdao nicht realisiert 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 33

29 Zusammenfassung Abwasser ist kein Abfall sondern eine Ressource Nutzung der Ressourcen setzt andere Infrastruktursysteme voraus quartiersbezogen, mitwachsend, semizentral angepasste Wasserqualität ( fit for purpose, Toilettenspülung bedarf keiner Trinkwasserqualität) integrierte Infrastruktur (Wasser, Abwasser, Bioabfall, Energieerzeugung) Gesundheitsschutz der Bevölkerung erfordert professionellen Betrieb ( So klein wie möglich, so groß wie notwendig ) Zukunftsfähige Wasserwirtschaft orientiert sich an den lokalen/ regionalen Herausforderungen. Städte der Zukunft unterscheiden sich von denen der Vergangenheit: Wasserinfrastruktur vielfältiger, dynamischer und an die diversen Randbedingungen angepasst 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 39

30 Qingdao Shiyuan ein erster Schritt Besucher in Qingdao Forschung und Entwicklung Stadtentwicklung Ingenierbüros und Design Institute Zwei weitere Standorte derzeit in Machbarkeitsstudien Jieyang (Guandong Provinz, China), Chinesisch-deutsche Metallstadt Politisches Interesse Austausch zwischen dem BMBF und den chin. Ministerien für Wissenschaft und Forschung sowie Siedlungsentwicklung (MoST und MoHURD) 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 40

31 Aber das allerwichtigste Wir müssen anfangen, Dinge zu ändern. Heute. In kleinen Schritten. In großen Schritten. Nicht wichtig. Nur anfangen ist wichtig. 25. Februar 2015 Dr.-Ing. Susanne Bieker Institut IWAR TU Darmstadt 41

32 Semizentrale Ver- und Entsorgungssysteme für schnell wachsende urbane Räume Martin Wagner, Peter Cornel, Susanne Bieker Technische Universität Darmstadt, Institut